综合能源系统经济调度与新能源消纳潜力分析

摘要

随着世界能源危机、环境污染、气候变化问题日益加剧，提高能源的利用效率、减少污染物和有害气体的排放、缓解全球气候变暖已成为全世界各个国家亟需解决的重要难题。综合能源系统具有可以实现多种能源之间的协调规划和优化运行、提高社会供能系统的安全性和自愈能力、促进能源的高效利用、降低整个能源系统的运行成本的优势，为能源系统的可持续发展提供了一个新的思路。但由于综合能源系统中耦合元件繁多，系统规模庞大，且电力网络、天然气网络与热力网络中的潮流方程非线性程度高，导致其优化调度问题的计算效率低并且求解困难，给综合能源系统的经济调度带来巨大的挑战。此外，由于综合能源系统中风、光等新能源渗透率提升，需求侧波动增强，系统不确定因素激增，导致系统弃风、弃光现象严重，给系统的新能源消纳造成威胁，开展对综合能源系统新能源消纳的相关研究迫在眉睫。因此，本文针对上述问题对综合能源系统展开了综合能源系统经济调度优化模型的线性建模以及新能源消纳潜力分析的研究，主要的创新工作如下：　　① 提出了利用SDAE深度神经网络预测的天然气管道流量方程线性化方法，建立了不含整数变量的天然气管道流量一段线性模型；其次提出一种自适应线性区间设置策略，对所提线性区间进行了理论推导，并提出了一段线性模型的线性误差计算公式；然后，基于所建立的天然气管道流量一段线性模型，构建了电-气综合能源系统经济调度线性优化模型；最后，以 IEEE14-NGS14、IEEE39-NGS31两个包含环状天然气网络和IEEE14-NGS10一个包含树状天然气网络的电-气综合能源系统为仿真算例，利用Cplex求解器对线性模型进行求解，仿真结果分析验证了本文所提经济调度优化模型在计算效率上优于传统混合整数线性模型。　　② 基于电、气、热三个子网络系统，建立了综合考虑储热和电锅炉协同运行的新能源消纳潜力分析模型，包括电-气-热能量流计算和考虑风/光新能源消纳的优化计算模型；其次，构建了完善的指标体系定量评估储热和电锅炉对系统弃风和弃光的改善作用以及对系统电/气/热负荷供应水平的影响，并在此基础上提出了考虑储热和电锅炉的电-气-热综合能源系统新能源消纳潜力分析方法；最后，利用IPOPT求解器对IEEE9-NGS6-DHS7和RTS24-NGS20-DHS14两个仿真系统进行新能源消纳潜力分析，仿真结果验证了储热和电锅炉对系统弃风、弃光的改善作用与积极影响。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 综合能源系统的发展现状

1.2.2 综合能源系统经济调度研究现状

1.2.3 综合能源系统新能源消纳潜力研究现状

1.3 本文的主要工作

2 电-气-热综合能源系统设备与网络建模

2.1 引言

2.2 综合能源系统耦合设备模型

2.2.1 含储热的燃气热电联产机组模型

2.2.2 燃气发电机组模型

2.2.3 电锅炉模型

2.2.4 燃气锅炉模型

2.3 综合能源系统各子系统网络模型

2.3.1 电力子系统网络模型

2.3.2 天然气子系统网络模型

2.3.3 热力子系统网络模型

2.4 本章小结

3 电-气综合能源系统经济调度线性建模及其求解方法

3.1 引言

3.2 天然气管道流量方程的线性建模

3.2.1 天然气管道流量模型线性化思路

3.2.2 天然气管道流量的深度学习预测及一段线性建模

3.3 天然气管道流量线性模型区间设置与误差分析

3.3.1 天然气管道流量线性模型的线性区间设置

3.3.2 天然气管道流量线性模型的误差分析

3.4 电-气综合能源系统经济调度

3.4.1 电-气综合能源系统经济调度优化模型

3.4.2 电-气综合能源系统经济调度优化求解方法

3.5 仿真结果及分析

3.5.1 算例及仿真场景说明

3.5.2 仿真结果分析

3.6 本章小结

4 考虑储热和电锅炉的电-气-热综合能源系统新能源消纳潜力分析

4.1 引言

4.2 电-气-热综合能源系统新能源消纳潜力分析模型

4.2.1 电-气-热综合能源系统能量流模型

4.2.2 考虑风/光新能源消纳的优化模型

4.3 考虑储热和电锅炉的电-气-热综合能源系统新能源消纳潜力分析方法

4.3.1 电-气-热综合能源系统新能源消纳潜力分析指标

4.3.2 电-气-热综合能源系统新能源消纳潜力分析方法

4.4 仿真结果及分析

4.4.1 算例说明

4.4.2 仿真结果分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文的主要结论

5.2 有待于进一步研究的问题

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 作者在攻读硕士学位期间申请的专利

C 作者在攻读学位期间参与的科研项目

D 作者学位论文数据集

致谢